CA1296431C - Dispositif de detection video-laser pour la determination de caracteristiques geometriques d'un objet - Google Patents
Dispositif de detection video-laser pour la determination de caracteristiques geometriques d'un objetInfo
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- CA1296431C CA1296431C CA000584887A CA584887A CA1296431C CA 1296431 C CA1296431 C CA 1296431C CA 000584887 A CA000584887 A CA 000584887A CA 584887 A CA584887 A CA 584887A CA 1296431 C CA1296431 C CA 1296431C
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Abstract
DISPOSITIF DE DETECTION VIDEO-LASER POUR LA DETERMINATION DE CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES D'UN OBJET Le dispositif de détection vidéo-laser comprend des moyens de transport de la pièce à analyser selon une direction prédéterminée, au moins une source laser pour diriger vers la pièce à analyser, un faisceau de lumière selon un plan d'illumination dont l'intersection avec le plan de base de l'objet est perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, et au moins une caméra vidéo matricielle dont le champ correspond audit plan d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires à ladite intersection. Afin de déterminer en temps réel et de façon précise le profil de la pièce, des moyens de traitement du signal vidéo émis par la caméra vidéo lorsque la pièce à analyser est éclairée par un plan d'illumination laser comprennent un circuit d'extraction de signaux de synchronisation ligne et trame, un convertisseur analogique-numérique, un dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne et des circuits de calcul pour déterminer les caractéristiques de la pièce à analyser à partir des coordonnées des points de luminance maximale de chacune des lignes de signal vidéo.
Description
~Z~i43~
DISPOS m F DE DETECTION VIDEO-LASER POUR LA DETERMINATlON
DE CARACTERISTIQUES GEOMETRIqUES U'UN OBJET.
La présente invention a pour objet un dispositif de détection vidéo-laser pour la détermination en temps réel de 05 caractéristiques géométriques et dimensionnelles d'une pièce à
analyser en vue de déterminer son profil, comprenant des moyens de support, sur un plan de base, de la pièce à analyser, des moyens de transport de la pièce à analyser selon une direction prédéterminée, au moins une source laser pour diriger vers la pièce à analyser un faisceau de lumière selon un plan d'illumination dont l'intersection avec le plan de base est perpendiculaire 3 ladite direction prédéterminée, au moins une caméra vidéo matricielle dont le champ correspond audit plan d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires à ladite intersec~ion, et des moyens de traitement du signal vidéo émis par la caméra vidéo lorsque la pièce à analyser est éclairée par un plan d'illumination laser.
De tels dispositifs de détection ou visualisation de traces de faisceaux laser à l'aide d'une cam~ra vidéo associée 3 un système informatique de traitement permettent difficilement d'obte-nir des résultats de bonne qualité du fait des problèmes d'eclairage liés à l'utilisation d'un faisceau laser plan déterminant un trait au niveau de son intersection avec l'objet à
analyser.
En effet, le faisceau laser plan est obtenu a l'aide d'une lentille semi-cylindrique à partir d'une source laser. La lentille engendre des faisceaux seoondaires qui creent des traces parasites sur l'objet à analyser~ Par ailleurs, l'intensité
lumineuse du trait créé par le faisceau laser plan principal n'est pas uniforme dans le sens de la longueur du trait. La détection de la trace créée par le fais~eau laser sur l'ob~et a analyser' s'effectue a partir du signal vidéo émis par la caméra, à l'aide d'une technique de seuillage. Toutefois, selon les techniques de seuillage habituelles, on définit la position du trait laser en , ~Z~6~L3~
détsctant pour chaque ligne l'instant de passage du front descendan~ de l'amplitude du signal vidéo à un niveau de seuil prédéterminé qui est le même pour toutes les lignes. Ceci conduit à
une imprécision de mesure puisque le niveau du seuil adopté, ou le 05 niveau du signal de luminance, a une interaction sur la position détectée du trait.
L'hétérogénéité de l'intensite du trait lumineux à
détecter et la présence de traits secondaires conduisent à une ins-tabilité du signal seuillé et la mise en oeuvre du dispositif de détection est délicate puisque notamment l'absorption du matériau contrôlé ainsi que l'ouverture du diaphragme ou la réponse de la caméra, qui jouent sur le niveau de luminance du signal vidéo, réagissent sur la position détectée du trait laser.
De tels inconvénients sont rédhibitoires pour un processus de contrôle dimensionnel au défilé et une technique de seuillage simple ne peut pas être utilisée de façon satisfaisante.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser ùn dispositif de détection vidéo-laser à la fois souple d'emploi et apte à
permettre une détection précise en temps réel à l'aide d'une caméra vidéo, de traces formées a partir d'un faisceau laser en vue de déterminer en temps réel et de facon précise les caractéristiques géométriques et dimensionnelles d'une pièce à
analyser en mouvement en vue de déterminer son profil.
Ces buts sont atteints grâce à un dispositif du type dé~ini en tete de la description, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal vidéo comprennent un circuit d'extraction de signaux de synchronisation ligne et trame, un convertisseur 3nalogique-numérique, un dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne et des circuits de calcul pour déterminer les caractéristiques de la pièce à analyser à
partir des coordonnées des points de luminance maximale de chacune des lignes de signal vidéo.
D~ façon plus particulière, le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne comprend un pointeur de ~6~
ligne-colonne, un circui't de seuil, un comparateur de valeurs numériques, une mémoire et des circuits logiques de traitement et le circuit de seuil, le comparateur, la mémoire et les circuits logiques de traitement sont reliés au circuit d'extraction de 05 signaux de synchronisation, au convertisseur analogique-numérique et à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
Selon une caractéristique particulière, le dispositif comprend en outre un circuit générateur de signal de fixation de niveau de noir inclus dans le circuit d~extraction de signaux de synchronisation pour appliquer au convertisseur analogique-numérique ledit signal de fixation de niveau de noir.
Avantageusement, afin de permettre l'analyse dimension-nelle d'une pièce en vue de dessus et de dessous, le dispositif comprend des première et seconde sources laser situées respectivement au-dessus et au-dessous du plan de base pour diriger vers la pièce à analyser deux faisceaux de lumière selon deux plans d'illumination dont les intersections avec le plan de base sont confondues et perpendiculaires à ladite direction prédétermlnée, et des première et seconde caméras vidéo matricielles dont les champs correspondent respectivement auxdits plans d'illumination et dont les li9nes de balayage sont perpendiculaires auxdites intersections, et des moyens de multiplexage interposés entre les première et seconde caméras et les moyens de traitement des signaux vidéo émis par les caméras lorsque la piece à analyser est eclairée par des plans d'illumination laser.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne est constitué par un processeur câblé travaillant en temps réel avec un décalage temporel inférieur a une ligne vidéo et le dispositif de détection vidéo laser camprend en outre au moins un processeur oâblé de calcul de dimenslons relié à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de 129~i9L31 réalisation de l'invention9 donnés à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective ' montrant le principe d'analyse à partir d'une caméra vidéo, d'une 05 pièce éclairée par un faisceau laser, - la figure 2 est une vue schématique de l'image repré-sentative de la pièce à analyser9 obtenue à partir du signal émis par la caméra vidéo, - les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant l'évo-lution de l'amplitude du signal vidéo en fonction du temps pour une ligne de balayage, - la figure 5 est un schéma-bloc d'un circuit d'extraction du point de luminance maximale par ligne réalisé
conformément à l'invention, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un exemple d'installation de détection vidéo-laser selon l'invention, - la figure 7 est un schéma-bloc montrant la configura-tion d'ensemble des circuits d'un dispos.itif de détection vidéo-laser selon l'invention, - la figure 8 est un schéma é:lectronique d'un exemple particulier de réalisation d'un dispositi~ d'extraction du point de luminance maximale par ligne, - les figures 9 et 10 représentent le schéma du signal de sortie du dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne pour l'ensemble d'une image vidéo, avec l'indication des différents paramètres intervenant dans les calculs des dimensions de l'objet analysé, et - la figure 11 est un organigramme montrant les diffé-rentes étapes mises en oeuvre dans le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne.
La figure 1 montre le principe d'analyse d'une piece dont les caractéristiqueS géométriques ou dimensionnelles sont à
déterminer. Un faisceau plan 6 de lumière, créé à partir d'une source laser 2 associée à une lentille semi-cylindrique, non repré-sentée sur le dessin, est émis de manière à etre intercepte par la 3 ~
pièce 1, qui peut être par exemple une pièce de bois.
Selon une application préférentielle, la pièce 1 a analyser est mobile selon une direction prédéterminée X'X, qui peut être la direction longitudinale de la pièce 1 et, à un instant 05 donné, le plan d'illumination laser 6 intercepte le plan de base sur lequel est placée la pièce 1 selon une direction Y'Y qui est perpendiculaire à la direction longitudinale X'X.
Dans ce cas, la trace 16 du faisceau laser 6 sur la piêce 1 permet de matérialiser le contour d'une section de cette pièce 1.
La trace 16 est observée à l'aide d'une caméra vidéo matricielle 3 qui délivre un sisnal conforme aux normes CCIR.
Ce signal vidéo à traiter est une fonction image du profil de la pièce appartenant au champ de la ca~éra. Comme cela est illustré dans l'exemple de la figure 2, la trace 16 du faisceau laser observée par la caméra 3 peut etre reconstituée après traitement du signal vidéo dans la mesure où l'abscisse d'un point de la trace 16 correspond à un numéro de ligne de balayage de la caméra vidéo 3 tandis ue l'ordonnée de ce point correspond à la position de ce point sur la ligne concernée. Le traitement du signal vidéo est toutefois délicat du fait des variations de l'intensité lumineuse de la trace 16 du faisceau laser et de la présence de raies lumineuses parasites dans le champ de la caméra 3.
Ce problème sera exposé en réference aux figures 3 et 4.
Sur la figure 3, on voit la courbe A représentant l'amplitude du signal vidéo fourni par la caméra, en fonction du temps, pour une ligne de balayage située dans une zone centrale du trait 16 fourni par la source laser 2. La courbe B de la figure 3 représente l'am-plitude du signal Yidéo fourni par la caméra en fonction du temps, pour une ligne de balayage correspondant a une zone d7extrémité du trait 16 fourni par la source laser 2. Afin de déterminer la posi-tion du trait laser 16 sur la ligne de balayage considérée7 l'amplitude du signal vidéo ~st comparée à un seuil prédéterminé
SO. La position du trait est ainsi déterminée pour chaque ligne par la détection de l'instant X auquel le front descendant du signal ~Z96~3~
franchit le seuil SO. On peut constater sur la figure 3 que les deux signaux A et B d'amplitude dif~érente dont le pic correspond à
un même instant M, se traduisent après une opération de seuillage traditionnelle avec un seuil fixe SO, par des abscisses différentes 05 XA et XB, ce qui conduit donc à une imprecision de mesure.
Indépendamment des variations de luminance du signal vidéo utile, le seuil choisi peut présenter des variations de niveau. Dans ce cas, (figure 4)l la position du signal impulsionnel utile A sur une ligne vidéo, en fonction du temps, est déterminée de façon imprécisej deux seuils S1 et S2 de niveau différent défi-nissant deux abcisses X1 et X2 différentes.
Par ailleurs, il n'est pas possible de modifier le seuil de façon simple pour chaque ligne de balayage de la caméra vidéo en vue de tenir compte de l'absence d'uni~ormité de l'intensité
lumineuse du trait dans le sens de la longueur.
De plus, le fait que l'optique de la source laser engendre des traits parasites secondaires (d'intensité cependant moins grande que celle du trait principal) provoque, en combinaison avec l'hétérogénéité de l'intensité du trait une instabilité du signal seuillé.
On notera que l'absorption du materiau contrôlé, l'ouverture du diaphragme de la caméra 3 ou la réponse de la caméra 3 sont des ~acteurs qui jouent sur le niveau de luminance et par suite réagissent sur la position détectée du trait laser avec un dispositif classique de détection de trait utilisant une technique de comparaison avec un seuil simple.
Csnformément à l'invention, on s'affranchit des inconvenients des méthodes classiques de détection de trait laser en n'utilisant plus comme principe de détection la simple comparai-son du signal de luminance avec un seuil prédéterminé, mais en détectant pour chaque ligne du signal video la valeur maximale du signal de luminance et en retenant comme coordonnees de la position du trait laser pour chaque ligne l'abscisse temporelle correspondant à cette valeur maximale du signal de luminance.
Compte tenu de l'application envisagée, qui est ~L~96431 constituée par un processus de contrôle dimensionnel d'une pièce en défilement impliquant une détection en temps réel de la position du trait laser, de dispositif selon l'invention utilise un processeur câble pour réaliser l'opération d'extraction du 05 point de luminance maximale sur chaque ligne du signal vidéo.
Les opérations effectuéPs par le processeur d'extraction de point laser selon l'inv~ntion sont indiquées dans l'ordinogramme de la figure 11.~ -La première étape 3nl consiste en la mesure de l'ampli-tude du signal luminan~e fourni par la caméra 3. L'étape suivante3û2 consiste à examiner si la valeur mesurée de l'amplitudedu signal luminance est supérieure à un seuil de bruit prédéterminé.
Si ce n'est pas le cas, il y a un retour à l'étape 301 précédente.
Si au contraire, la valeur mesurée est supérieure au seuil de lS bruit, il y a passage à l'étape 303 au cours de laquelle il est examiné si ;la valeur en cours est supérieure à la valeur précédente. Si ce n'est pas le cas, il y a retour à l'étape initiale 3ûl. En revanche, si l'on constate que la valeur en cours est supérieure à la valeur précédente, on procède au cours de l'étape 304 à la mise en mémoire de la valeur en cours correspon~
dant à la position courante.
Un test 305 est ensuite ef~ectué pour déterminer si l'on arrive ou non à la fin de la ligne vidéo. Si le résultat du test 305 est négatif, c'est-3-dire si l'on n'est pas encora arrivé à la fin de la ligne vidéo, le processeur revient a l'étape initiale 301 de mesure de l'amplitude du signal luminance. Si au contraire, le test 305 indique que l'on est arrivé à la fin de la ligne vidéo 305, le processeur procède à la mémorisation des coordonnées du point de luminance maximale au cours de l'étape 306 puis passe a l'étape 307 d'initialisation de la mémoire avant de revenir à
l'étape initiale 301 de mesure de l'amplitude du signal luminance pour la ligne vidéo suivante.
Le schéma-bloc du processeur d'extraction du point de luminance maximale sur une ligne vidéo est représenté sur la figure 5. Le signal vidéo composite d'entrée est appliqué à l'entrée d'un ' 69L3~L
convertisseur analogique-numérique 30 pour fournir des valeurs nu-mériques qui sont traitées de fa~on a ne mémoriser que la valeur la plus élevée sur une ligne. Un circuit 20 d'extraction de signal de synchronisation recoit le signal vidéo composite d'entrée et permet 05 au système de traitement de travailler en temps réel en synchroni-sation avec le balayage de la caméra. Les valeurs numériques délivrées par le convertisseur analogique-numérique 30 sonk au préalable comparées à un seuil programmable défini par un circuit 50 et permettant d'éliminer le bruit. La comparaison entre d'une part le signal numérique correspondant à la valeur mesurée courante de l'amplitude du signal luminance et d'autre part le seuil fixé
par le circuit 50 ou la valeur de luminance précédemment enregistrée dans une mémoire 40 est effectuée à l'aide d'un compa-rateur 60. Lorsque pour une même ligne vidéo, lors d'une comparaison à l'aide du comparateur 60, la valeur numérique B
correspondant à la valeur m~surée courante de l'amplitude du signal luminance est supérieure à la valeur numérique A déjà présente dans la mémoire 40 la valeur B est substituée à la valeur A dans la mémoire 40.
Le processeur câblé dont la structure est représentée schématiquement sur la figure 5 travaille en temps réel avec un décalage temporel inférieur à une ligne vidéo.
On décrira malntenant en référence aux figures 6 et 7 l'ensemble d'un dispositif de détection vidéo laser adapté à la détermination en temps reel de caractéris*iques géométriques et dimensionnelles d'une pièce en défilement â analyser en vue de déterminer son profil.
La figure 6 concerne un exemple d'agencement mécanique des différents élements et montre un bati mécanosoudé 8 sur lequel sont montés, au-dessus du plan de défilement de la pièce 1 à
analyser, une source laser 2 fournissant un plan d'illumination définissant une trace laser 16 par son intersection avec la pièce à
analyser 1 et une caméra vidéo 3 dans le champ de laquelle se situe la trace 16. D'une fa~on similaire, une source laser 4 fournissant un plan d'illumination 7 et une caméra vidéo 5 sont montées sur le 3~ ~
bâti mécanosoudé 8 au-dessous du plan de défilement de la piece à analyser, pour observer le profil de la pièce 1 en vue de dessous. Les sources laser 2 et 4 sont placees de telle sorte que les intersections des plans d'illumination 6, 7 avec la pièce 1 ou 05 le plan de base de la pièce 1 soient perpendiculaires à la direction longitudinale de la pièce 1 correspondant au sens de défilement de celle-ci.
Les moyens de support de la pièce à analyser peuvent être constitués par exemple par un che~in de roulement 9 comprenant une structure horizontale fixe équipée de rouleaux transversaux de support montés de façon à pouvoir tourner librement autour de leurs axes. Avec un tel type de support, des espaces libres sont ~énagés entre les rouleaux pour permettre le passage du faisceau inférieur 7 d'illumination laser, et l'observation par la caméra 5 de la trace laser formée sur la face inférieure de la pièce 1.
La pièce a analyser 1 peut être entra;née dans le sens longitudinal par des rouleaux presseurs 11, 12 dont l'un est muni d'un codeur de position 13 (codeur incrémental par exemple) permettant de repérer la position longitudinale de la section de la pièce 1 sur laquelle sont effectuées des mesures. Un capteur 10 de présence de pièce, tel qu'une cellule photoélectrique est, é~alement disposé au voisinage du support de base 9 supportant la pièce à
analyser 1. Le dispositi~ 14 de traitement des signaux émis par les caméras vidéo 3 et 5 peut etre situé à proximité du poste de réception des pièces à analyser 1 ou être délocalisé par rapport à
ce poste.
La figure 7 donne le schéma synoptique général de l'ensemble des circuits de traitement 100 d'un dispositif de détection vidéo laser selon l'invention, qui comprend différent5 modules dont les fonctions seront décrites ci-dessous, Un module de traitement du signal analogique est composé
d'un multiplexeur 110, d'un étage séparateur 120 et d'un amplifica-teur d~ sortie 280.
Le multiplexeur 110 re~oit sur les entrées Inl et In2 les ~;~96~3~
signaux vidéo composites délivrés par 18s caméras 3 et 5 et permet de choisir une caméra parmi les deux. Le multiplexeur 110 permet en outre l'adaptation des niveaux nécessaires a l'attaque de l'étaye séparateur 120 ainsi que l'adaptation du nivsau d'entrée du ; 05 convertisseur analogique-numérique 130.
Le circuit séparateur 120 permet d'extraire du signal vidéo composite les si~naux de synchronisation ligne et trame. Ce circuit 120 permet notamment le contrôle du balayage caméra et le cadencement de l'ensemble des fonctions de la carte electronique du capteur Le circuit 120 aiguille le signal de luminance vers le convertisseur analogique-numérique 130, et permet également de délivrer un signal de fixation de niveau ou "clamping" pour l'am-plificateur d'entrée du convertisseur 130, afin de pallier dléven-tuelles fluctuations du niveau moyen du signal vidéo composite.
L'amplificateur de sortie 280 permet l'adaptation d'impé-dance et de niveau entre les circuits électroniques et un moniteur de controle 18.
Le module d'extraction du point laser de luminance maximale1 dont la structure d'ensemble a déjà été décrite en réfé~
2û rence a la figure 5 comprend essentiellement un circuit 160 d'extraction dont la fonction correspond pour l'es~entiel ~ celle du circuit de comparaison 60 de la figure 5 associé à la mémoire 40. Ce module comprencl en outra le convertisseur analogique-numerique 130, le circuit 150 d'application d'une valeur de seuil, un pointeur 170 de ligne et colonne, et une mémoire 140 de coordon-nées du point laser permettant de mémoriser pour chaque ligne la paire de coordonnées du point de luminance maximale pour permettre ensuite une utilisation par le système de traitement et les processeurs câblés.
On notera que dans le module d'extraction, la valeur de seuil utilisée ne sert qu'à éliminer le bruit mais ne participe pas a la détermination des coordonnées du point de luminance maximale.
Un module de fenêtrage 230 est prévu pour limiter les calculs dans une fenêtre d'écran programmable. Un tel module permet notamment aux divers processeurs câblés spécialisés da ne pas être ~ .
.
9~;43~
influencés par des zones indésirables de la pièce, ou encore, permet la mise en mémoire du profil d'une zone particulière.
Cette fenêtre est de forme rectangulaire. Elle est définie par une ligne supérieure, une ligne inférieure, une colonne 05 gauche, une colonne droite.
Les calculs de largeur, d'épaisseur ou de section de la pièce analysée dont le profil est déterminé sont effectués à l'in-térieur de la portion de champ définie par la fen8tre.
La gestion de la fenêtre est contrôlée par un processeur câblé, ce qui la rend transparente pour le système de traitement.
Les contours de la fenêtre peuvent être redéfinis à
n'importe quel instant du processus.
Le dispositif de détection vi~éo laser étant conçu pour analyser des pièces en mouvement, et devant incorporer un capteur de présence de pièce ainsi qu'un codeur de position 13, les circuits de traitement 100 présentent des entrées pour les signaux issus du capteur 10 de présence de pièce et du codeur de position 13 et co~prennent des circuits de filtrage et de mise en forme l9û, 180 recevant respectivement les sisnaux appliqués sur ces Z0 entrées et délivrant en sortie des signaux filtrés à un compteur numérique 200, dont les résultats sont transmis au système informatique 14 par llintermédiaire d'un module d'interface 210 qui permet la communication entre les différentes fonctions des circuits électroniques de traitement et le système informatique associé 14.
Un module supplémentaire 24û permet l'affichage, sur un moniteur couleur 19, des differents résultats issus des processeurs câblés 250, 260, 270. Ce ~odule permet les réglages et les mises au point des différents sous-ensembles sans intervention dans la chaîne de calcul.
ûn décrira maintenant brièvement les fonctions des processeurs câblés 250, 260, 270, qui utilisent les coordonnées de chaque point laser enregistrées dans la mémoire 140 (qui sont constitués par la position du trait laser sur chaque ligne vidéo et le numéro de ligne correspondant) pour calculer en temps réel et ~LZ96~3~
sans intervention du système informatique, certaines caractéristi-ques dimensionnelles (section, largeur, épaisseur) de l'image vidéo. Le résultat de ces processeurs est mémorisé et est disponible pour le système de traitement par l'intermédiaire de 05 l'interface 210 à la fin de chaque image~
Les applications industrielles montrent qu'en fait il est nécessaire de déterminer deux grandeurs dans le cas d'une détermi-nation d'épaisseur, l'épaisseur maximale E1 du produit ainsi que l'épaisseur minimaIe E~ de ce produit (figure 9).
10Liépaisseur de l'échantillon correspond ici à son encom-brement dans le sens de la hauteur, c'est-à-dire dans le sens du balayage horizontal de la caméra.
Le processeur câblé d'épaisseur 270 a ainsi pour role la scrutation de toutes les coordonnées horizontales de la trace laser 1516 dans la fenêtre 410 définie par le module 230 pour une image complète, et l'extraction de la valeur minimale E2 et de la valeur maximale E1 par rapport à une référence X.
D'une manière générale, la trace laser lG utilisée par le système de traitement est constitués par l'ensemble des points
DISPOS m F DE DETECTION VIDEO-LASER POUR LA DETERMINATlON
DE CARACTERISTIQUES GEOMETRIqUES U'UN OBJET.
La présente invention a pour objet un dispositif de détection vidéo-laser pour la détermination en temps réel de 05 caractéristiques géométriques et dimensionnelles d'une pièce à
analyser en vue de déterminer son profil, comprenant des moyens de support, sur un plan de base, de la pièce à analyser, des moyens de transport de la pièce à analyser selon une direction prédéterminée, au moins une source laser pour diriger vers la pièce à analyser un faisceau de lumière selon un plan d'illumination dont l'intersection avec le plan de base est perpendiculaire 3 ladite direction prédéterminée, au moins une caméra vidéo matricielle dont le champ correspond audit plan d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires à ladite intersec~ion, et des moyens de traitement du signal vidéo émis par la caméra vidéo lorsque la pièce à analyser est éclairée par un plan d'illumination laser.
De tels dispositifs de détection ou visualisation de traces de faisceaux laser à l'aide d'une cam~ra vidéo associée 3 un système informatique de traitement permettent difficilement d'obte-nir des résultats de bonne qualité du fait des problèmes d'eclairage liés à l'utilisation d'un faisceau laser plan déterminant un trait au niveau de son intersection avec l'objet à
analyser.
En effet, le faisceau laser plan est obtenu a l'aide d'une lentille semi-cylindrique à partir d'une source laser. La lentille engendre des faisceaux seoondaires qui creent des traces parasites sur l'objet à analyser~ Par ailleurs, l'intensité
lumineuse du trait créé par le faisceau laser plan principal n'est pas uniforme dans le sens de la longueur du trait. La détection de la trace créée par le fais~eau laser sur l'ob~et a analyser' s'effectue a partir du signal vidéo émis par la caméra, à l'aide d'une technique de seuillage. Toutefois, selon les techniques de seuillage habituelles, on définit la position du trait laser en , ~Z~6~L3~
détsctant pour chaque ligne l'instant de passage du front descendan~ de l'amplitude du signal vidéo à un niveau de seuil prédéterminé qui est le même pour toutes les lignes. Ceci conduit à
une imprécision de mesure puisque le niveau du seuil adopté, ou le 05 niveau du signal de luminance, a une interaction sur la position détectée du trait.
L'hétérogénéité de l'intensite du trait lumineux à
détecter et la présence de traits secondaires conduisent à une ins-tabilité du signal seuillé et la mise en oeuvre du dispositif de détection est délicate puisque notamment l'absorption du matériau contrôlé ainsi que l'ouverture du diaphragme ou la réponse de la caméra, qui jouent sur le niveau de luminance du signal vidéo, réagissent sur la position détectée du trait laser.
De tels inconvénients sont rédhibitoires pour un processus de contrôle dimensionnel au défilé et une technique de seuillage simple ne peut pas être utilisée de façon satisfaisante.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser ùn dispositif de détection vidéo-laser à la fois souple d'emploi et apte à
permettre une détection précise en temps réel à l'aide d'une caméra vidéo, de traces formées a partir d'un faisceau laser en vue de déterminer en temps réel et de facon précise les caractéristiques géométriques et dimensionnelles d'une pièce à
analyser en mouvement en vue de déterminer son profil.
Ces buts sont atteints grâce à un dispositif du type dé~ini en tete de la description, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal vidéo comprennent un circuit d'extraction de signaux de synchronisation ligne et trame, un convertisseur 3nalogique-numérique, un dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne et des circuits de calcul pour déterminer les caractéristiques de la pièce à analyser à
partir des coordonnées des points de luminance maximale de chacune des lignes de signal vidéo.
D~ façon plus particulière, le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne comprend un pointeur de ~6~
ligne-colonne, un circui't de seuil, un comparateur de valeurs numériques, une mémoire et des circuits logiques de traitement et le circuit de seuil, le comparateur, la mémoire et les circuits logiques de traitement sont reliés au circuit d'extraction de 05 signaux de synchronisation, au convertisseur analogique-numérique et à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
Selon une caractéristique particulière, le dispositif comprend en outre un circuit générateur de signal de fixation de niveau de noir inclus dans le circuit d~extraction de signaux de synchronisation pour appliquer au convertisseur analogique-numérique ledit signal de fixation de niveau de noir.
Avantageusement, afin de permettre l'analyse dimension-nelle d'une pièce en vue de dessus et de dessous, le dispositif comprend des première et seconde sources laser situées respectivement au-dessus et au-dessous du plan de base pour diriger vers la pièce à analyser deux faisceaux de lumière selon deux plans d'illumination dont les intersections avec le plan de base sont confondues et perpendiculaires à ladite direction prédétermlnée, et des première et seconde caméras vidéo matricielles dont les champs correspondent respectivement auxdits plans d'illumination et dont les li9nes de balayage sont perpendiculaires auxdites intersections, et des moyens de multiplexage interposés entre les première et seconde caméras et les moyens de traitement des signaux vidéo émis par les caméras lorsque la piece à analyser est eclairée par des plans d'illumination laser.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne est constitué par un processeur câblé travaillant en temps réel avec un décalage temporel inférieur a une ligne vidéo et le dispositif de détection vidéo laser camprend en outre au moins un processeur oâblé de calcul de dimenslons relié à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de 129~i9L31 réalisation de l'invention9 donnés à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective ' montrant le principe d'analyse à partir d'une caméra vidéo, d'une 05 pièce éclairée par un faisceau laser, - la figure 2 est une vue schématique de l'image repré-sentative de la pièce à analyser9 obtenue à partir du signal émis par la caméra vidéo, - les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant l'évo-lution de l'amplitude du signal vidéo en fonction du temps pour une ligne de balayage, - la figure 5 est un schéma-bloc d'un circuit d'extraction du point de luminance maximale par ligne réalisé
conformément à l'invention, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un exemple d'installation de détection vidéo-laser selon l'invention, - la figure 7 est un schéma-bloc montrant la configura-tion d'ensemble des circuits d'un dispos.itif de détection vidéo-laser selon l'invention, - la figure 8 est un schéma é:lectronique d'un exemple particulier de réalisation d'un dispositi~ d'extraction du point de luminance maximale par ligne, - les figures 9 et 10 représentent le schéma du signal de sortie du dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne pour l'ensemble d'une image vidéo, avec l'indication des différents paramètres intervenant dans les calculs des dimensions de l'objet analysé, et - la figure 11 est un organigramme montrant les diffé-rentes étapes mises en oeuvre dans le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne.
La figure 1 montre le principe d'analyse d'une piece dont les caractéristiqueS géométriques ou dimensionnelles sont à
déterminer. Un faisceau plan 6 de lumière, créé à partir d'une source laser 2 associée à une lentille semi-cylindrique, non repré-sentée sur le dessin, est émis de manière à etre intercepte par la 3 ~
pièce 1, qui peut être par exemple une pièce de bois.
Selon une application préférentielle, la pièce 1 a analyser est mobile selon une direction prédéterminée X'X, qui peut être la direction longitudinale de la pièce 1 et, à un instant 05 donné, le plan d'illumination laser 6 intercepte le plan de base sur lequel est placée la pièce 1 selon une direction Y'Y qui est perpendiculaire à la direction longitudinale X'X.
Dans ce cas, la trace 16 du faisceau laser 6 sur la piêce 1 permet de matérialiser le contour d'une section de cette pièce 1.
La trace 16 est observée à l'aide d'une caméra vidéo matricielle 3 qui délivre un sisnal conforme aux normes CCIR.
Ce signal vidéo à traiter est une fonction image du profil de la pièce appartenant au champ de la ca~éra. Comme cela est illustré dans l'exemple de la figure 2, la trace 16 du faisceau laser observée par la caméra 3 peut etre reconstituée après traitement du signal vidéo dans la mesure où l'abscisse d'un point de la trace 16 correspond à un numéro de ligne de balayage de la caméra vidéo 3 tandis ue l'ordonnée de ce point correspond à la position de ce point sur la ligne concernée. Le traitement du signal vidéo est toutefois délicat du fait des variations de l'intensité lumineuse de la trace 16 du faisceau laser et de la présence de raies lumineuses parasites dans le champ de la caméra 3.
Ce problème sera exposé en réference aux figures 3 et 4.
Sur la figure 3, on voit la courbe A représentant l'amplitude du signal vidéo fourni par la caméra, en fonction du temps, pour une ligne de balayage située dans une zone centrale du trait 16 fourni par la source laser 2. La courbe B de la figure 3 représente l'am-plitude du signal Yidéo fourni par la caméra en fonction du temps, pour une ligne de balayage correspondant a une zone d7extrémité du trait 16 fourni par la source laser 2. Afin de déterminer la posi-tion du trait laser 16 sur la ligne de balayage considérée7 l'amplitude du signal vidéo ~st comparée à un seuil prédéterminé
SO. La position du trait est ainsi déterminée pour chaque ligne par la détection de l'instant X auquel le front descendant du signal ~Z96~3~
franchit le seuil SO. On peut constater sur la figure 3 que les deux signaux A et B d'amplitude dif~érente dont le pic correspond à
un même instant M, se traduisent après une opération de seuillage traditionnelle avec un seuil fixe SO, par des abscisses différentes 05 XA et XB, ce qui conduit donc à une imprecision de mesure.
Indépendamment des variations de luminance du signal vidéo utile, le seuil choisi peut présenter des variations de niveau. Dans ce cas, (figure 4)l la position du signal impulsionnel utile A sur une ligne vidéo, en fonction du temps, est déterminée de façon imprécisej deux seuils S1 et S2 de niveau différent défi-nissant deux abcisses X1 et X2 différentes.
Par ailleurs, il n'est pas possible de modifier le seuil de façon simple pour chaque ligne de balayage de la caméra vidéo en vue de tenir compte de l'absence d'uni~ormité de l'intensité
lumineuse du trait dans le sens de la longueur.
De plus, le fait que l'optique de la source laser engendre des traits parasites secondaires (d'intensité cependant moins grande que celle du trait principal) provoque, en combinaison avec l'hétérogénéité de l'intensité du trait une instabilité du signal seuillé.
On notera que l'absorption du materiau contrôlé, l'ouverture du diaphragme de la caméra 3 ou la réponse de la caméra 3 sont des ~acteurs qui jouent sur le niveau de luminance et par suite réagissent sur la position détectée du trait laser avec un dispositif classique de détection de trait utilisant une technique de comparaison avec un seuil simple.
Csnformément à l'invention, on s'affranchit des inconvenients des méthodes classiques de détection de trait laser en n'utilisant plus comme principe de détection la simple comparai-son du signal de luminance avec un seuil prédéterminé, mais en détectant pour chaque ligne du signal video la valeur maximale du signal de luminance et en retenant comme coordonnees de la position du trait laser pour chaque ligne l'abscisse temporelle correspondant à cette valeur maximale du signal de luminance.
Compte tenu de l'application envisagée, qui est ~L~96431 constituée par un processus de contrôle dimensionnel d'une pièce en défilement impliquant une détection en temps réel de la position du trait laser, de dispositif selon l'invention utilise un processeur câble pour réaliser l'opération d'extraction du 05 point de luminance maximale sur chaque ligne du signal vidéo.
Les opérations effectuéPs par le processeur d'extraction de point laser selon l'inv~ntion sont indiquées dans l'ordinogramme de la figure 11.~ -La première étape 3nl consiste en la mesure de l'ampli-tude du signal luminan~e fourni par la caméra 3. L'étape suivante3û2 consiste à examiner si la valeur mesurée de l'amplitudedu signal luminance est supérieure à un seuil de bruit prédéterminé.
Si ce n'est pas le cas, il y a un retour à l'étape 301 précédente.
Si au contraire, la valeur mesurée est supérieure au seuil de lS bruit, il y a passage à l'étape 303 au cours de laquelle il est examiné si ;la valeur en cours est supérieure à la valeur précédente. Si ce n'est pas le cas, il y a retour à l'étape initiale 3ûl. En revanche, si l'on constate que la valeur en cours est supérieure à la valeur précédente, on procède au cours de l'étape 304 à la mise en mémoire de la valeur en cours correspon~
dant à la position courante.
Un test 305 est ensuite ef~ectué pour déterminer si l'on arrive ou non à la fin de la ligne vidéo. Si le résultat du test 305 est négatif, c'est-3-dire si l'on n'est pas encora arrivé à la fin de la ligne vidéo, le processeur revient a l'étape initiale 301 de mesure de l'amplitude du signal luminance. Si au contraire, le test 305 indique que l'on est arrivé à la fin de la ligne vidéo 305, le processeur procède à la mémorisation des coordonnées du point de luminance maximale au cours de l'étape 306 puis passe a l'étape 307 d'initialisation de la mémoire avant de revenir à
l'étape initiale 301 de mesure de l'amplitude du signal luminance pour la ligne vidéo suivante.
Le schéma-bloc du processeur d'extraction du point de luminance maximale sur une ligne vidéo est représenté sur la figure 5. Le signal vidéo composite d'entrée est appliqué à l'entrée d'un ' 69L3~L
convertisseur analogique-numérique 30 pour fournir des valeurs nu-mériques qui sont traitées de fa~on a ne mémoriser que la valeur la plus élevée sur une ligne. Un circuit 20 d'extraction de signal de synchronisation recoit le signal vidéo composite d'entrée et permet 05 au système de traitement de travailler en temps réel en synchroni-sation avec le balayage de la caméra. Les valeurs numériques délivrées par le convertisseur analogique-numérique 30 sonk au préalable comparées à un seuil programmable défini par un circuit 50 et permettant d'éliminer le bruit. La comparaison entre d'une part le signal numérique correspondant à la valeur mesurée courante de l'amplitude du signal luminance et d'autre part le seuil fixé
par le circuit 50 ou la valeur de luminance précédemment enregistrée dans une mémoire 40 est effectuée à l'aide d'un compa-rateur 60. Lorsque pour une même ligne vidéo, lors d'une comparaison à l'aide du comparateur 60, la valeur numérique B
correspondant à la valeur m~surée courante de l'amplitude du signal luminance est supérieure à la valeur numérique A déjà présente dans la mémoire 40 la valeur B est substituée à la valeur A dans la mémoire 40.
Le processeur câblé dont la structure est représentée schématiquement sur la figure 5 travaille en temps réel avec un décalage temporel inférieur à une ligne vidéo.
On décrira malntenant en référence aux figures 6 et 7 l'ensemble d'un dispositif de détection vidéo laser adapté à la détermination en temps reel de caractéris*iques géométriques et dimensionnelles d'une pièce en défilement â analyser en vue de déterminer son profil.
La figure 6 concerne un exemple d'agencement mécanique des différents élements et montre un bati mécanosoudé 8 sur lequel sont montés, au-dessus du plan de défilement de la pièce 1 à
analyser, une source laser 2 fournissant un plan d'illumination définissant une trace laser 16 par son intersection avec la pièce à
analyser 1 et une caméra vidéo 3 dans le champ de laquelle se situe la trace 16. D'une fa~on similaire, une source laser 4 fournissant un plan d'illumination 7 et une caméra vidéo 5 sont montées sur le 3~ ~
bâti mécanosoudé 8 au-dessous du plan de défilement de la piece à analyser, pour observer le profil de la pièce 1 en vue de dessous. Les sources laser 2 et 4 sont placees de telle sorte que les intersections des plans d'illumination 6, 7 avec la pièce 1 ou 05 le plan de base de la pièce 1 soient perpendiculaires à la direction longitudinale de la pièce 1 correspondant au sens de défilement de celle-ci.
Les moyens de support de la pièce à analyser peuvent être constitués par exemple par un che~in de roulement 9 comprenant une structure horizontale fixe équipée de rouleaux transversaux de support montés de façon à pouvoir tourner librement autour de leurs axes. Avec un tel type de support, des espaces libres sont ~énagés entre les rouleaux pour permettre le passage du faisceau inférieur 7 d'illumination laser, et l'observation par la caméra 5 de la trace laser formée sur la face inférieure de la pièce 1.
La pièce a analyser 1 peut être entra;née dans le sens longitudinal par des rouleaux presseurs 11, 12 dont l'un est muni d'un codeur de position 13 (codeur incrémental par exemple) permettant de repérer la position longitudinale de la section de la pièce 1 sur laquelle sont effectuées des mesures. Un capteur 10 de présence de pièce, tel qu'une cellule photoélectrique est, é~alement disposé au voisinage du support de base 9 supportant la pièce à
analyser 1. Le dispositi~ 14 de traitement des signaux émis par les caméras vidéo 3 et 5 peut etre situé à proximité du poste de réception des pièces à analyser 1 ou être délocalisé par rapport à
ce poste.
La figure 7 donne le schéma synoptique général de l'ensemble des circuits de traitement 100 d'un dispositif de détection vidéo laser selon l'invention, qui comprend différent5 modules dont les fonctions seront décrites ci-dessous, Un module de traitement du signal analogique est composé
d'un multiplexeur 110, d'un étage séparateur 120 et d'un amplifica-teur d~ sortie 280.
Le multiplexeur 110 re~oit sur les entrées Inl et In2 les ~;~96~3~
signaux vidéo composites délivrés par 18s caméras 3 et 5 et permet de choisir une caméra parmi les deux. Le multiplexeur 110 permet en outre l'adaptation des niveaux nécessaires a l'attaque de l'étaye séparateur 120 ainsi que l'adaptation du nivsau d'entrée du ; 05 convertisseur analogique-numérique 130.
Le circuit séparateur 120 permet d'extraire du signal vidéo composite les si~naux de synchronisation ligne et trame. Ce circuit 120 permet notamment le contrôle du balayage caméra et le cadencement de l'ensemble des fonctions de la carte electronique du capteur Le circuit 120 aiguille le signal de luminance vers le convertisseur analogique-numérique 130, et permet également de délivrer un signal de fixation de niveau ou "clamping" pour l'am-plificateur d'entrée du convertisseur 130, afin de pallier dléven-tuelles fluctuations du niveau moyen du signal vidéo composite.
L'amplificateur de sortie 280 permet l'adaptation d'impé-dance et de niveau entre les circuits électroniques et un moniteur de controle 18.
Le module d'extraction du point laser de luminance maximale1 dont la structure d'ensemble a déjà été décrite en réfé~
2û rence a la figure 5 comprend essentiellement un circuit 160 d'extraction dont la fonction correspond pour l'es~entiel ~ celle du circuit de comparaison 60 de la figure 5 associé à la mémoire 40. Ce module comprencl en outra le convertisseur analogique-numerique 130, le circuit 150 d'application d'une valeur de seuil, un pointeur 170 de ligne et colonne, et une mémoire 140 de coordon-nées du point laser permettant de mémoriser pour chaque ligne la paire de coordonnées du point de luminance maximale pour permettre ensuite une utilisation par le système de traitement et les processeurs câblés.
On notera que dans le module d'extraction, la valeur de seuil utilisée ne sert qu'à éliminer le bruit mais ne participe pas a la détermination des coordonnées du point de luminance maximale.
Un module de fenêtrage 230 est prévu pour limiter les calculs dans une fenêtre d'écran programmable. Un tel module permet notamment aux divers processeurs câblés spécialisés da ne pas être ~ .
.
9~;43~
influencés par des zones indésirables de la pièce, ou encore, permet la mise en mémoire du profil d'une zone particulière.
Cette fenêtre est de forme rectangulaire. Elle est définie par une ligne supérieure, une ligne inférieure, une colonne 05 gauche, une colonne droite.
Les calculs de largeur, d'épaisseur ou de section de la pièce analysée dont le profil est déterminé sont effectués à l'in-térieur de la portion de champ définie par la fen8tre.
La gestion de la fenêtre est contrôlée par un processeur câblé, ce qui la rend transparente pour le système de traitement.
Les contours de la fenêtre peuvent être redéfinis à
n'importe quel instant du processus.
Le dispositif de détection vi~éo laser étant conçu pour analyser des pièces en mouvement, et devant incorporer un capteur de présence de pièce ainsi qu'un codeur de position 13, les circuits de traitement 100 présentent des entrées pour les signaux issus du capteur 10 de présence de pièce et du codeur de position 13 et co~prennent des circuits de filtrage et de mise en forme l9û, 180 recevant respectivement les sisnaux appliqués sur ces Z0 entrées et délivrant en sortie des signaux filtrés à un compteur numérique 200, dont les résultats sont transmis au système informatique 14 par llintermédiaire d'un module d'interface 210 qui permet la communication entre les différentes fonctions des circuits électroniques de traitement et le système informatique associé 14.
Un module supplémentaire 24û permet l'affichage, sur un moniteur couleur 19, des differents résultats issus des processeurs câblés 250, 260, 270. Ce ~odule permet les réglages et les mises au point des différents sous-ensembles sans intervention dans la chaîne de calcul.
ûn décrira maintenant brièvement les fonctions des processeurs câblés 250, 260, 270, qui utilisent les coordonnées de chaque point laser enregistrées dans la mémoire 140 (qui sont constitués par la position du trait laser sur chaque ligne vidéo et le numéro de ligne correspondant) pour calculer en temps réel et ~LZ96~3~
sans intervention du système informatique, certaines caractéristi-ques dimensionnelles (section, largeur, épaisseur) de l'image vidéo. Le résultat de ces processeurs est mémorisé et est disponible pour le système de traitement par l'intermédiaire de 05 l'interface 210 à la fin de chaque image~
Les applications industrielles montrent qu'en fait il est nécessaire de déterminer deux grandeurs dans le cas d'une détermi-nation d'épaisseur, l'épaisseur maximale E1 du produit ainsi que l'épaisseur minimaIe E~ de ce produit (figure 9).
10Liépaisseur de l'échantillon correspond ici à son encom-brement dans le sens de la hauteur, c'est-à-dire dans le sens du balayage horizontal de la caméra.
Le processeur câblé d'épaisseur 270 a ainsi pour role la scrutation de toutes les coordonnées horizontales de la trace laser 1516 dans la fenêtre 410 définie par le module 230 pour une image complète, et l'extraction de la valeur minimale E2 et de la valeur maximale E1 par rapport à une référence X.
D'une manière générale, la trace laser lG utilisée par le système de traitement est constitués par l'ensemble des points
2~ issus du module d'extraction de luminance rnaximale, et dont les coordonnées sont envoyées au temps réel au système informatique.
Le champ caméra 400 représente la surface de la scène acquise par une caméra 3 ou 5.
L.a fenêtre 410 représente la partie du champ caméra 400 dans laqualle doit se trouver 1~ profil intervenant dans les calculs La référence X fournie au circuit 160 par le bloc 220 relié à l'interface 210 représente le zéro à partir duquel les calculs des coordonnées du trait laser 16 sont effectues, dans le sens horizontal de balayage. ~ette valeur est programmable et peut être par exemple ajustée à la valeur du zéro mécanique de l'installation. La référence Y représente le zéro à partir duquel les calculs des coordonnées du trait laser 16 sont effertués dans le sens vertical de balayage. Cette valeur correspond à la première ligne vidéo utile du champ de la caméra 400, et n'est pas , ~ ,:
~:; :, ' ' '' 12~L3~
programmable.
Le processeur câble de largeur 260 vise à dé~ermin~r la grandeur L de la pièce à analyser qui est prise dans le sens de l'encombrement maximal dans le sens transversal au déplacement de 05 ladite pièce.
Il s'agit donc de calculer la valeur maximale correspon-dant à la dimension de l'échantillon à analyser dans le sens du balayage vertical de la caméra.
Ce calcul est effectué par un processeur câblé 260, à
l'intérieur de la fenêtre programmée 410 définie par le bloc 230, avec l'exécution du processus suivant :
- Acquisition du numéro de ligne correspondant au premier flanc de l'échantillon.
~ Acquisition du numéro de ligne correspondant au dernier flanc de l'échantillon.
- Calcul de la différence.
- Mise en mémoire du résultat.
Le processeur de section 250 vise à déterminer l'aire délimitée par le faisceau laser 16 sur l'échantillon observé
(surface hachurée de la figure 10).
n S = ~ LX (p)-X (p-1)~ * f (Xp) p=l Avec :
p = numéro de ligne n ~ nombre de lignes par image X (p)-X(p-1) = résolution sur la ligne f (Xp)= position du point laser sur la ligne p Ce calcul;est effectué par le processeur cablé 250 et est mémorisé à la fin de chaque image.
On décrira maintenant a titre d'exemple en référence à la figure 8 des circuits de traitement pouvant etre utilisés en tan~
qu'étage d'entrée (module de traitement du signal analogique et circuit séparateur) et en tant que module dlextraction de point de luminance maximale, dans un dispositif de détection video laser .
, ~2964~
selon l'invention.
Sur la figure 8, les caméras 3 et 5 sont connectées sur les entrées Inl et In2 qui sont des entrées 75 ohms. Les signaux vidéo issus des caméras 3 et 5 sont alors appliqués a un circuit OS intégré 110 dont le rôle est d'assurer le multiplexage des caméras
Le champ caméra 400 représente la surface de la scène acquise par une caméra 3 ou 5.
L.a fenêtre 410 représente la partie du champ caméra 400 dans laqualle doit se trouver 1~ profil intervenant dans les calculs La référence X fournie au circuit 160 par le bloc 220 relié à l'interface 210 représente le zéro à partir duquel les calculs des coordonnées du trait laser 16 sont effectues, dans le sens horizontal de balayage. ~ette valeur est programmable et peut être par exemple ajustée à la valeur du zéro mécanique de l'installation. La référence Y représente le zéro à partir duquel les calculs des coordonnées du trait laser 16 sont effertués dans le sens vertical de balayage. Cette valeur correspond à la première ligne vidéo utile du champ de la caméra 400, et n'est pas , ~ ,:
~:; :, ' ' '' 12~L3~
programmable.
Le processeur câble de largeur 260 vise à dé~ermin~r la grandeur L de la pièce à analyser qui est prise dans le sens de l'encombrement maximal dans le sens transversal au déplacement de 05 ladite pièce.
Il s'agit donc de calculer la valeur maximale correspon-dant à la dimension de l'échantillon à analyser dans le sens du balayage vertical de la caméra.
Ce calcul est effectué par un processeur câblé 260, à
l'intérieur de la fenêtre programmée 410 définie par le bloc 230, avec l'exécution du processus suivant :
- Acquisition du numéro de ligne correspondant au premier flanc de l'échantillon.
~ Acquisition du numéro de ligne correspondant au dernier flanc de l'échantillon.
- Calcul de la différence.
- Mise en mémoire du résultat.
Le processeur de section 250 vise à déterminer l'aire délimitée par le faisceau laser 16 sur l'échantillon observé
(surface hachurée de la figure 10).
n S = ~ LX (p)-X (p-1)~ * f (Xp) p=l Avec :
p = numéro de ligne n ~ nombre de lignes par image X (p)-X(p-1) = résolution sur la ligne f (Xp)= position du point laser sur la ligne p Ce calcul;est effectué par le processeur cablé 250 et est mémorisé à la fin de chaque image.
On décrira maintenant a titre d'exemple en référence à la figure 8 des circuits de traitement pouvant etre utilisés en tan~
qu'étage d'entrée (module de traitement du signal analogique et circuit séparateur) et en tant que module dlextraction de point de luminance maximale, dans un dispositif de détection video laser .
, ~2964~
selon l'invention.
Sur la figure 8, les caméras 3 et 5 sont connectées sur les entrées Inl et In2 qui sont des entrées 75 ohms. Les signaux vidéo issus des caméras 3 et 5 sont alors appliqués a un circuit OS intégré 110 dont le rôle est d'assurer le multiplexage des caméras
3 et 5, et d'adapter le signal analogique aux entrées du circuit d'extraction de synchronisation 120 et du convertisseur analogique-numérique 130.
Le circuit 120 d'extraction de synchronisation permet d'effectuer à partir du sign21 composite CCIR la séparation des signaux de synchronisation de ligne, délivrés sur une sortie 71, et la séparation des signaux de synchronisation de trame delivrés sur une sortie 73. Le circuit 120 engendre également un si~nal de fixa-tion de niveau de noir délivré sur une sortie 72.
Le sisnal de luminance issu du multiplexeur 110 est lui-même dirigé vers l'entrée analogique In A/û d'un circuit 130 qui comprend d'une part un convertisseur analogique-numérique et d'autre part un convertisseur numérique-analogique.
Le convertisseur analogique-numérique du circuit 130 possède une entrée "Key" de fixation de niveau qui est pilotée par le signal de fixation de niveau issu de l'extracteur de synchroni-satiùns 120 et présent sur la borne de sortie 72.
Les valeurs numériques issues du convertisseur analogi-~ que-numérique et fournies par les sorties "Out 0" à "Out 7n sont ; 25 acheminées vers des circuits 161, 160 constituant un comparateur qui, grâce a la logique annexe, permet la mise en mémoire de la valeur la plus élevée des valeurs numéri~ues. La memoire 162, 163 du comparateur est initialisée en début de chaque ligne vidéo avec la valeur de seuil.
Le signal délivré sur la sortie 75 est un signal de vali-dation qui permet la mise en mémoire des coordonnées du point laser. La sortie 76 permet de connaître les coordonnées du pDint laser présent dans tout le champ des caméras qui pour chaque ligne présente la luminosité maximale. La borne 77 est prévue pour rece~
voir un signal de definition d'une fenêtre a l'intérieur du champ .
- ~Z~ 3~
total observé.
La borne 78 est prévue pour l'application d'une impulsion d'horloge lors de la fixation d'un seuil.
Un oscillateur 131 par exemple à 10 MHz assure le caden-OS cement des~différents circuits et fournit les impulsions d'horloyenécessaires sur la ligne 79.
Les signaux analogiques issus du multiplexeur 110 sont appliqués en outre à un amplificateur de sortie 280 et à une borne de sortie B1 reliée à un moniteur de contrôle.
La partie du circuit 130 qui constitue un convertisseur numérique-analogique peut également etre utilisée pour recréer un signal vidéo composite appliqué par un amplificateur de sortie 281 et une borne de sortie 80 à un second moniteur de controle.
Un signal de synchronisation dérivé du signal de synchro-nisation de trame élaboré par le circult extracteur de synchroni-sation 120 est disponible sur une borne de sortie 74 et est appli-qué au circuit 130.
Divers composants (résistances, condensateurs, portes logiques) représentés sur le schema de la figure 8 sont associés 2û aux circuits intégrés énoncés ci-dessus et ne seront pas décrits de fac,on plus détaillée.
Le circuit 120 d'extraction de synchronisation permet d'effectuer à partir du sign21 composite CCIR la séparation des signaux de synchronisation de ligne, délivrés sur une sortie 71, et la séparation des signaux de synchronisation de trame delivrés sur une sortie 73. Le circuit 120 engendre également un si~nal de fixa-tion de niveau de noir délivré sur une sortie 72.
Le sisnal de luminance issu du multiplexeur 110 est lui-même dirigé vers l'entrée analogique In A/û d'un circuit 130 qui comprend d'une part un convertisseur analogique-numérique et d'autre part un convertisseur numérique-analogique.
Le convertisseur analogique-numérique du circuit 130 possède une entrée "Key" de fixation de niveau qui est pilotée par le signal de fixation de niveau issu de l'extracteur de synchroni-satiùns 120 et présent sur la borne de sortie 72.
Les valeurs numériques issues du convertisseur analogi-~ que-numérique et fournies par les sorties "Out 0" à "Out 7n sont ; 25 acheminées vers des circuits 161, 160 constituant un comparateur qui, grâce a la logique annexe, permet la mise en mémoire de la valeur la plus élevée des valeurs numéri~ues. La memoire 162, 163 du comparateur est initialisée en début de chaque ligne vidéo avec la valeur de seuil.
Le signal délivré sur la sortie 75 est un signal de vali-dation qui permet la mise en mémoire des coordonnées du point laser. La sortie 76 permet de connaître les coordonnées du pDint laser présent dans tout le champ des caméras qui pour chaque ligne présente la luminosité maximale. La borne 77 est prévue pour rece~
voir un signal de definition d'une fenêtre a l'intérieur du champ .
- ~Z~ 3~
total observé.
La borne 78 est prévue pour l'application d'une impulsion d'horloge lors de la fixation d'un seuil.
Un oscillateur 131 par exemple à 10 MHz assure le caden-OS cement des~différents circuits et fournit les impulsions d'horloyenécessaires sur la ligne 79.
Les signaux analogiques issus du multiplexeur 110 sont appliqués en outre à un amplificateur de sortie 280 et à une borne de sortie B1 reliée à un moniteur de contrôle.
La partie du circuit 130 qui constitue un convertisseur numérique-analogique peut également etre utilisée pour recréer un signal vidéo composite appliqué par un amplificateur de sortie 281 et une borne de sortie 80 à un second moniteur de controle.
Un signal de synchronisation dérivé du signal de synchro-nisation de trame élaboré par le circult extracteur de synchroni-sation 120 est disponible sur une borne de sortie 74 et est appli-qué au circuit 130.
Divers composants (résistances, condensateurs, portes logiques) représentés sur le schema de la figure 8 sont associés 2û aux circuits intégrés énoncés ci-dessus et ne seront pas décrits de fac,on plus détaillée.
Claims (11)
1. Dispositif de détection vidéo-laser pour la détermina-tion en temps réel de caractéristiques géométriques et dimensionnelles d'une pièce à analyser en vue de déterminer son profil, comprenant des moyens de support, sur un plan de base, de la pièce à analyser, des moyens de transport de la pièce à
analyser selon une direction prédéterminée, au moins une source laser pour diriger vers la pièce à analyser un faisceau de lumière selon un plan d'illumination dont l'intersection avec le plan de base est perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, au moins une caméra vidéo matricielle dont le champ correspond audit plan d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires à ladite intersection, et des moyens de traitement du signal vidéo émis par la caméra vidéo lorsque la pièce à analyser est éclairée par un plan d'illumination laser, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal vidéo comprennent un circuit d'extraction de signaux de synchronisation ligne et trame, un convertisseur analogique-numérique, un dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne et des circuits de calcul pour déterminer les caractéristiques de la pièce à analyser à partir des coordonnées des points de luminance maximale de chacune des lignes de signal vidéo.
analyser selon une direction prédéterminée, au moins une source laser pour diriger vers la pièce à analyser un faisceau de lumière selon un plan d'illumination dont l'intersection avec le plan de base est perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, au moins une caméra vidéo matricielle dont le champ correspond audit plan d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires à ladite intersection, et des moyens de traitement du signal vidéo émis par la caméra vidéo lorsque la pièce à analyser est éclairée par un plan d'illumination laser, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal vidéo comprennent un circuit d'extraction de signaux de synchronisation ligne et trame, un convertisseur analogique-numérique, un dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne et des circuits de calcul pour déterminer les caractéristiques de la pièce à analyser à partir des coordonnées des points de luminance maximale de chacune des lignes de signal vidéo.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne comprend un pointeur de ligne-colonne, un circuit de seuil, un comparateur de valeurs numériques, une mémoire et des circuits logiques de traitement et en ce que le circuit de seuil, le comparateur, la mémoire et les circuits logiques de traitement sont reliés au circuit d'extraction de signaux de synchronisation, au convertisseur analogique-numérique et à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit générateur de signal de fixation de niveau de noir inclus dans le circuit d'extraction de signaux de synchronisation pour appliquer au convertisseur analogique-numérique ledit signal de fixation de niveau de noir.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des première et seconde sources laser situées respectivement au-dessus et au-dessous du plan de base pour diriger vers la pièce à analyser deux faisceaux de lumière selon deux plans d'illumination dont les intersections avec le plan de base sont confondues et perpendiculaires à ladite direction prédéterminée, et des première et seconde caméras vidéo matricielles dont les champs correspondent respectivement auxdits plans d'illumination et dont les lignes de balayage sont perpendiculaires auxdites intersections, et des moyens de multiplexage interposés entre les première et seconde caméras et les moyens de traitement des signaux vidéo émis par les caméras lorsque la pièce à analyser est éclairée par des plans d'illumination laser.
5. Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce que le dispositif d'extraction du point de luminance maximale par ligne est constitué par un processeur câblé travaillant en temps réel avec un décalage temporel inférieur à une ligne vidéo.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un processeur câblé de calcul de dimensions relié à la mémoire de coordonnées de point de luminance maximale.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur câblé de section pour déterminer l'aire délimitée par le faisceau laser sur l'échantillon observé, la mesure de cette section s'effectuant par intégration du contour que représente le profil, et une mémoire pour enregistrer la mesure de la section à la fin de chaque image.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un module de fenêtrage géré par un processeur câblé
pour assurer la limitation de calculs dans une fenêtre d'écran programmable.
pour assurer la limitation de calculs dans une fenêtre d'écran programmable.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur câblé de largeur pour calculer à l'intérieur d'une fenêtre programmée la valeur maximale correspondant à la dimension de l'échantillon dans le sens du balayage vertical de la caméra.
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur câblé d'épaisseur pour calculer à
l'intérieur d'une fenêtre programmée l'encombrement de l'échantillon à analyser dans le sens du balayage horizontal de la caméra.
l'intérieur d'une fenêtre programmée l'encombrement de l'échantillon à analyser dans le sens du balayage horizontal de la caméra.
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de présence de pièce, un codeur de position de pièce dans le sens longitudinal selon ladite direction prédéterminée, et des moyens de filtrage des signaux délivrés par ledit capteur et ledit codeur.
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